Все о двигателях внутреннего сгорания: устройство, принцип работы и тюнинг

Двигатель внутреннего сгорания – это такой тип мотора, у которого топливо воспламеняется в рабочей камере внутри, а не в дополнительных внешних носителях. ДВС преобразует давление от сгорания топлива в механическую работу.

Из истории

Первый ДВС являлся силовым агрегатом Де Риваза, по имени его создателя Франсуа де Риваза, родом из Франции, который сконструировал его в 1807 году.

В этом двигателе уже было искровое зажигание, он был шатунный, с поршневой системой, то есть, это своего рода прообраз современных моторов.

Спустя 57 лет соотечественник де Риваза Этьен Ленуар изобрел уже двухтактный агрегат. Этот агрегат имел горизонтальное расположение своего единственного цилиндра, наличествовал искровым зажиганием и работал на смеси светильного газа с воздухом. Работы двигателя внутреннего сгорания в то время хватало уже на малогабаритные лодки.

Еще через 3 года конкурентом стал немец Николаус Отто, детищем которого стал уже четырехтактный атмосферный мотор с вертикальным цилиндром. КПД в данном случае увеличился на 11%, в отличие от кпд двигателя внутреннего сгорания Риваза, он стал 15-процентным.

Чуть позже, в 80-х годах этого же столетия, российский конструктор Огнеслав Костович впервые запустил агрегат карбюраторного типа, а инженеры из Германии Даймлер и Майбах усовершенствовали его в облегченный вид, который стал устанавливаться на мото- и автотехнике.

В 1897 году Рудольф Дизель выводит в свет ДВС по типу воспламенения от сжатия, используя нефть в качестве топлива. Этот вид двигателя стал родоначальником дизельных моторов, использующихся по настоящее время.

Виды двигателей

• Бензиновые моторы карбюраторного типа работают от топлива, смешанного с воздухом. Смесь эта предварительно подготавливается в карбюраторе, далее поступает в цилиндр. В нем смесь сжимается, воспламеняется искрой от свечи зажигания.
• Инжекторные двигатели отличаются тем, что смесь подается напрямую от форсунок во впускной коллектор. У этого вида имеются две системы впрыска – моновпрыск и распределенный впрыск.
• В дизельном моторе воспламенение происходит без свечей зажигания. В цилиндре данной системы находится воздух, разогретый до температуры, которая превышает температуру воспламенения топлива. В этот воздух через форсунку подается топливо, и вся смесь воспламеняется по образу факела.
• Газовый ДВС имеет принцип теплового цикла, топливом может являться как природный газ, так и углеводородный. Газ поступает в редуктор, где давление его стабилизируется в рабочее. Затем попадает в смеситель, а в итоге воспламеняется в цилиндре.
• Газодизельные ДВС работают по принципу газовых, только в отличие от них, смесь воспламеняется не свечой, а дизельным топливом, впрыск которого происходит также, как и у обычного дизельного мотора.
• Роторно-поршневые типы двигателей внутреннего сгорания принципиально отличаются от остальных наличием ротора, который вращается в камере, имеющей форму восьмерки. Чтобы понять, что такое ротор, нужно усвоить, что в данном случае ротор выполняет роль поршня, ГРМ и коленчатого вала, то есть специальный механизм ГРМ здесь полностью отсутствует. При одном обороте происходит сразу три рабочих цикла, что сравнимо с работой двигателя с шестью цилиндрами.

Принцип работы

В настоящее время преобладает четырехтактный принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Это объясняется тем, что поршень в цилиндре проходит четыре раза – вверх и вниз одинаково по два.

Как работает двигатель внутреннего сгорания:

1. Первый такт – поршень при движении вниз втягивает топливную смесь. При этом клапан впуска находится в открытом виде.
2. После достижения поршнем нижнего уровня, он двигается вверх, сжимая горючую смесь, которая, в свою очередь, принимает объем камеры сгорания. Этот этап, включенный в принцип работы двигателя внутреннего сгорания, является вторым по счету. Клапаны, при этом, находятся в закрытом виде, и чем плотнее, тем качественнее происходит сжатие.
3. В третий такт включается система зажигания, так как здесь происходит воспламенение топливной смеси. В назначении работы двигателя он называется «рабочим», так как при этом начинается процесс привода в работу агрегата. Поршень от взрыва топлива начинает движение вниз. Как и во втором такте, клапаны находятся в закрытом состоянии.
4. Завершающий такт – четвертый, выпускной, который дает понять, что такое завершение полного цикла. Поршень через выпускной клапан избавляется от отработавших газов цилиндра. Затем все циклически повторяется снова, понять, как работает двигатель внутреннего сгорания, можно представив цикличность работы часов.

Устройство ДВС

Устройство двигателя внутреннего сгорания логично рассматривать с поршня, так как он является основным элементом работы. Он представляет собой своеобразный «стакан» с пустой полостью внутри.

Поршень имеет прорези, в которых фиксируются кольца. Отвечают эти самые кольца за то, чтобы горючая смесь не выходила под поршень (компрессионное), а так же за то, чтобы масло не попадало в пространство над самим поршнем (маслосъемное).

Порядок работы

• При попадании внутрь цилиндра топливной смеси, поршень проходит четыре вышеописанных такта, и возвратно-поступательное движение поршня приводит в движение вал.
• Дальнейший порядок работы двигателя следующий: верхняя часть шатуна закреплена на пальце, который находится внутри юбки поршня. Кривошип коленвала фиксирует шатун. Поршень, при движении, вращает коленвал и последний, в свое время, передает крутящий момент системе трансмиссии, оттуда на систему шестерен и далее к ведущим колесам. В устройстве двигателей автомобилей с задним приводом посредником до колес выступает еще и карданный вал.

Конструкция ДВС

Газораспределительный механизм (ГРМ) в устройстве двигателя внутреннего сгорания отвечает за впрыск топлива, а так же за выпуск газов.

Механизм ГРМ состоит из верхнеклапанного и нижнеклапанного, может быть двух видов – ременной или цепной.

Шатун чаще всего изготавливается из стали путем штамповки или ковки. Есть виды шатунов, изготовленные из титана. Шатун передает усилия поршня коленвалу.

Коленвал из чугуна или из стали представляет собой набор коренных и шатунных шеек. Внутри этих шеек есть отверстия, отвечающие за подачу масла под давлением.

Принцип работы кривошипно-шатунного механизма в двигателях внутреннего сгорания заключается в преобразовании движений поршня в движения коленвала.

Головка блока цилиндров (ГБЦ), большинства двигателей внутреннего сгорания, как и блок цилиндров, чаще всего изготавливается из чугуна и реже из различных сплавов алюминия. В ГБЦ находятся камеры сгорания, каналы впуска – выпуска, отверстия свечей. Между блоком цилиндров и ГБЦ находится прокладка, обеспечивающая полную герметичность их соединения.

В систему смазки, которую включает в себя двигатель внутреннего сгорания, входит поддон картера, маслозаборник, маслонасос, масляный фильтр и масляный радиатор. Все это соединено каналами и сложными магистралями. Система смазки отвечает не только за уменьшения трения между деталями мотора, но и за их охлаждение, а также за уменьшение коррозии и износа, увеличивает ресурс ДВС.

Устройство двигателя, в зависимости от его вида, типа, страны изготовителя, может быть чем-либо дополнено или, напротив, могут отсутствовать какие-то элементы ввиду устаревания отдельных моделей, но общее устройство двигателя остается неизменным так же, как и стандартный принцип работы двигателя внутреннего сгорания.

Дополнительные агрегаты

Само собой, двигатель внутреннего сгорания не может существовать как отдельный орган без дополнительных агрегатов, обеспечивающих его работу. Система запуска раскручивает мотор, приводит его в рабочее состояние. Существуют разные принципы работы запуска в зависимости от типа мотора: стартерный, пневматический и мускульный.

Трансмиссия позволяет развить мощность при узком диапазоне оборотов. Система питания обеспечивает ДВС двигатель малым электричеством. В нее входит аккумуляторная батарея и генератор, обеспечивающий постоянный поток электричества и заряд АКБ.

Выхлопная система обеспечивает выпуск газов. В любое устройство двигателя автомобиля входят: выпускной коллектор, который собирает газы в единую трубу, каталитический конвертер, который снижает токсичность газов путем восстановления оксида азота и использует образовавшийся кислород, чтобы дожечь вредные вещества.

Глушитель в этой системе служит для того, чтобы уменьшить выходящий из мотора шум. Двигатели внутреннего сгорания современных автомобилей должны соответствовать установленным законом нормам.

Тип топлива

Следует помнить и об октановом числе топлива, которое используют двигатели внутреннего сгорания разных типов.

Чем выше октановое число топлива – тем больше степень сжатия, что приводит к увеличению коэффициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания.

Но существуют и такие двигатели, для которых увеличение октанового числа выше положенного заводом изготовителем, приведет к преждевременной поломке. Это может произойти путем прогорания поршней, разрушения колец, закопченности камер сгорания.

Заводом предусмотрено свое минимальное и максимальное октановое число, которое требует двигатель внутреннего сгорания.

Тюнинг

Любители увеличить мощность работы двигателей внутреннего сгорания зачастую устанавливают (если это не предусмотрено заводом изготовителем) различного рода турбины или компрессоры.

Компрессор на холостых оборотах выдает небольшую мощность, при этом держит стабильные обороты. Турбина же, наоборот, выжимает максимальную мощность при ее включении.

Установка тех или иных агрегатов требует консультации с мастерами, имеющими опыт работы в узком направлении, поскольку ремонт, замена агрегатов, или же дополнение двигателя внутреннего сгорания дополнительными опциями – это отклонение от назначения работы двигателя и уменьшают ресурс ДВС, а неправильные действия могут привести к необратимым последствиям, то есть работа двигателя внутреннего сгорания может быть навсегда окончена.

ДВС, что это такое в машине? Устройство двигателя внутреннего сгорания, его виды и принцип работы

19 Марта 2018 Категория: Устройство автомобиля

За время своего существования инженерная мысль человечества изобрела различные типы двигателей, многие из которых применяются до сих пор, но некоторые из них стали лишь историческим фактом.

На данный момент все типы двигателей разделяются на следующие типы:

• Электрические;
• Гидравлические;
• Тепловые.

Их название в первую очередь зависит от того, какой тип энергии они преобразуют в работу. К примеру, работа теплового двигателя основана на превращении энергии нагрева в механическое движение. Они в свою очередь бывают также двух типов:

• С внешним сгоранием топлива. К ним относятся паровые моторы, а также двигатель Стирлинга.
• С внутренним сгоранием. Их устанавливают в технику, начиная от транспортной авиации, морских перевозок и заканчивая автомобильным транспортом.

Именно двигателями внутреннего сгорания оборудовано большинство транспортных средств, используемых во всем мире. В этой статье мы расскажем о видах ДВС, а также об устройстве и работе ДВС поршневого типа.

ДВС, что это такое в машине?

Двигатель внутреннего сгорания, сокращенно ДВС, это такой тип мотора, тепловой машины, где химическая энергия углеводородного топлива, жидкого или газообразного, которое сгорает в рабочей камере сгорания, превращается в полезную работу. ДВС является «сердцем» автомобиля, поскольку именно в двигателе вырабатываемое тепло превращается в механическую энергию движения.

Каждый, кто задается вопросом о ДВС, что это такое в машине, должен понимать, что современный технический прогресс создал большое разнообразие видов двигателей внутреннего сгорания. Ниже расскажем об этом наиболее подробно.

Виды ДВС

В зависимости от типа рабочего механизма все разнообразие ДВС можно разделить на несколько категорий, встречаются:

• Газотурбинные;
• Роторные;
• Поршневые.

Именно за счет этих механизмов в камере сгорания может осуществляться процесс превращения тепловой энергии в движущую силу, собственно за счет поршня, ротора или турбины. Давайте рассмотрим принцип работы каждого типа ДВС более подробно.

Газотурбинный двигатель

Работа газотурбинного двигателя основана на том, что топливо, воспламеняясь, толкает лопасти турбины. Другими словами происходит вращение лопастей за счет расширяющегося газа. И чем выше температура горения топлива, тем больше КПД у данного двигателя.

В свою очередь различают одновальные и двухвальные газотурбинные двигатели. Одновальные моторы имеют одну турбину, двухвальные – две. Помимо этого двухвальные агрегаты выдерживают большую нагрузку, чем одновальные. Такие двигатели чаще всего можно встретить в грузовых автомобилях, на кораблях, локомотивах, самолетах.

Роторный ДВС

Принцип работы роторного двигателя основан на постоянном вращении ротора с переменной тактов работы. Роторный двигатель имеет всего лишь один поршень, который одновременно и является ротором. Он вращается в цилиндре специальной формы, приспособленной для него.

Ротор в свою очередь соединен с валом и зубчатой передачей со стартером. Его лопасти при вращении ротора попеременно перекрывают камеру, где и сгорает топливо. Такой мотор имеет сбалансированную конструкцию, небольшой вес и компактный размер. Однако топлива подобный агрегат потребляет на 100 километров пути гораздо больше, чем поршневой двигатель.

Роторный двигатель в разное время ставился на некоторые модели «Мерседес», «Шевроле» и «Ситроен». Также в прошлом двигатель такой конструкции устанавливали и на моделях «ВАЗ-2108″ и » ВАЗ-2109″. В настоящее время роторный мотор можно увидеть на модели RX8 концерна «Мазда». Однако с 2012 года ее производство прекращено. На данный момент концерн готовит к выпуску новую модель спорткара «Мазда RX-9».

Поршневой двигатель

В ДВС с поршневым принципом работы камера сгорания находится внутри цилиндра, где сам поршень выполняет функцию подвижной части, которая в зависимости от этапа сгорания топлива и такта работы мотора поднимается или опускается. В свою очередь в двигателе автомобиля может находиться определенное число цилиндров. Их поршни через передаточный механизм приводят в движение коленвал, который и преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное, что в конечном итоге и позволяет колесам автомобиля вращаться.

Поршневой двигатель самый распространенный в автостроении из-за своих положительных характеристик:

• Высокой мощности и надежности, в сравнении с другими типами ДВС;
• Лучшей экономичности;
• А также благодаря своим достаточ-но компактным размерам.

Классификация ДВС поршневого типа

Данные типы двигателей можно классифицировать по используемому горючему, встречаются:

• Бензиновые;
• Дизельные;
• Газовые ДВС.

Также двигатели поршневого типа можно классифицировать по системе зажигания, они разделяются:

1. На ДВС с принудительным воспламенением топлива;
2. На двигатели, в которых топливо самовоспламеняется от сжатия.

В двигателях первого типа с принудительным возгоранием поджиг горючей смеси происходит за счет электрической искры, которая вырабатывается системой зажигания и подается через свечу прямо в цилиндры. В качестве топлива в них чаще всего используется бензин, реже можно встретить модели, работающие на газе.

Помимо этого бензиновые двигатели могут также различаться и способом подачи горючей смеси в рабочую камеру сгорания. Делятся они на карбюраторные и инжекторные системы.

Дизельные же двигатели относятся к моторам, где возгорание топлива осуществляется самопроизвольно, от сжатия его поршнем. В ДВС этого типа используется преимущественно наиболее экологическое дизельное топливо, но при необходимости двигатель может работать и на других горючих жидкостях, начиная от керосина и мазута, и заканчивая рапсовым и пальмовым маслом.

В свою очередь двигатели внутреннего сгорания также различаются количеством тактов в рабочем цикле. Встречаются четырехтактные и двухтактные моторы. Каждый из них имеет свои как положительные стороны, так и отрицательные. Однако четырехтактные ДВС самые распространенные из всех поршневых. Двухтактные же моторы в современных автомобилях не используются.

Поршневые типы двигателей по расположению цилиндров в моторе также разделяются на несколько подвидов, самыми распространенными из них являются:

• Рядные двигатели. В ДВС данной конструкции цилиндры выстроены в один ряд, и поршни вращают общий коленвал. Такие двигатели также обозначаются индексом «Rx», где X – число цилиндров.
• V-образные моторы. Этот тип двигателя отличается от предыдущего тем, что цилиндры в нем расположены напротив друг друга в виде буквы «V», при этом могут образовывать угол от 10 до 120 градусов. Такая конструкция в свою очередь позволяет значительно уменьшить длину двигателя.
• Vr-образная конструкция представляет собой нечто среднее между рядным и V-образным двигателем. При этом угол между цилиндрами в нем максимально мал, всего 15 градусов.
• Оппозитные ДВС. Отличительной особенностью этих двигателей является угол между цилиндрами, который составляет целых 180 градусов.

Двигатель внутреннего сгорания: устройство и принцип работы

Необходимо помнить, что ДВС в машине состоит из множества составляющих элементов и вспомогательных систем, являющихся составной частью двигателя. Для упрощения их можно сгруппировать в следующе группы:

• Кривошипно-шатунный механизм;
• Газораспределительный механизм;
• Система смазки и охлаждения;
• Топливная и выхлопная система;
• Система зажигания.

Давайте разберем каждую часть более подробно.

Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм – это одно из важнейших устройств в поршневом двигателе. Именно этот механизм выполняет две важные функции в машине – вырабатывание тепла и преобразование этой энергии в механическую работу. Состоит данный механизм из следующих деталей:

• Блок цилиндров;
• Головка блока цилиндров (ГБЦ);
• Системы передачи движений от поршней на коленчатый вал;
• Коленвал с маховиком.

Блок цилиндров является основой, на которой размещается множество навесных частей мотора, таких как ГБЦ и картер. Помимо этого также выполняет функцию каркаса для размещения в нем цилиндров.

Газораспределительный механизм

В свою очередь головка блока цилиндров является основой для такого важного составляющего мотора как механизм газораспределения, который расположен в полости головки, называемой картер. Именно за счет данного механизма в цилиндры ДВС своевременно поступает необходимое количество топливной смеси, а также выводятся продукты сгорания из цилиндров. Осуществляется этот процесс за счет клапанов, которые открываются и закрываются в определенный промежуток времени на разных этапах работы двигателя.

Механизм газораспределения состоит также из множества составляющих, к ним относятся такие элементы как:

• Распределительный вал. В зависимости от конкретного двигателя распредвал может быть один или их может быть два на каждый ряд цилиндров.
• Клапана, которые делятся на впускные и выпускные.
• Различные детали привода клапанов и элементов газораспределительного механизма.

Механизм газораспределения приводится в действие от коленвала, связан с распредвалом посредством ремня или цепи, который при вращении с помощью передаточных систем и нажимает на клапана, тем самым заставляя их в нужный момент открываться и закрываться. Все это крепится на специальной площадке головки блока цилиндров. ГБЦ же присоединяется к блоку цилиндров с помощью особых винтов и специальной соединительной прокладки.

Система питания ДВС

Работа системы питания заключается в создании горючей смеси путем смешивания воздуха с топливом в определенных пропорциях, оптимальных для работы двигателя.

1. В карбюраторных моторах процесс смешивания протекает в самом карбюраторе за счет разницы давления, возникающего при работе поршня в цилиндре. Затем данная смесь попадает в рабочие камеры цилиндров через впускной коллектор и клапаны.
2. В инжекторных ДВС процесс приготовления топливной смеси происходит во впускном коллекторе (встречаются и исключения). В двигателях этой конструкции топливо под высоким давлением впрыскивается в коллектор через такие элементы как форсунки, после чего и происходит смешивание бензина с воздухом.

В отличие от карбюраторного двигателя, насос которого является механическим, в инжекторной системе установлен электрический. Он позволяется обеспечить нужное давление в системе при подаче бензина. Весь этот процесс контролируется электронной системой автомобиля. Путем сбора информации с множества датчиков компьютер решает, в какой момент следует произвести подачу бензина. Одновременно с этим открывается нужный клапан, и готовая топливная смесь подается в цилиндр.

Система зажигания

Система зажигания предусмотрена в конструкциях только бензиновых ДВС. Работа данной системы заключается в поджиге топливной смеси в камере сгорания. Происходит это действие в определенный промежуток времени с помощью свечи зажигания. Между электродами свечи проскакивает электрическая искра, которая и воспламеняет горючую смесь в нужный момент.

В дизельных же двигателях системы зажигания попросту нет, поскольку топливо в ДВС этой конструкции самовоспламеняется за счет сжатия. Вместо свечи в них установлена форсунка высокого давления, которая впрыскивает дизельное топливо под высоким давлением прямо в цилиндр. Причем это происходит в тот момент, когда воздух в цилиндре уже сжат и разогрет порядка до 700 градусов. Именно при этой температуре дизтопливо способно самовоспламеняться, что и происходит практически сразу после его впрыска в цилиндр.

Выхлопная система

Выхлопная система служит для отвода отработанных газов из камеры сгорания наружу. В первую очередь отработавшие газы попадают из головки блока цилиндров в выпускной коллектор. Он собирает газы из каждого цилиндра индивидуально и направляет их в одну трубу.

Далее отработавшие газы проходят через каталитический нейтрализатор, где вредные газы превращаются в менее опасные. Хотя его может и не быть, если автомобиль достаточно старый. Тогда газы поступают сразу в глушитель, который уменьшает шум выхлопа, после чего они просто выходят через выхлопную трубу.

Стоит отметить, что выхлопная труба обычно располагается в задней части автомобиля, поскольку именно оттуда выхлопные газы имеют меньше всего шансов попасть в салон.

Система смазки ДВС

Итак, мы с вами познакомились с двумя механизмами, которые применяются в автомобильном двигателе, это кривошипно-шатунный и механизм газораспределения. Стоит обратить внимание на то, что детали этих механизмов соприкасаются друг с другом и двигаются относительно друг друга. Как известно из школьного курса физики трущиеся детали приводят к износу друг друга, то есть они просто изнашиваются. Для того чтобы снизить этот износ, как правило, используют смазывающие средства. В автомобильных двигателях для смазки трущихся деталей, снижения их износа и уменьшения силы трения между деталями для увеличения КПД мотора применяется система смазки.

На этой схеме мы видим часть системы смазки ДВС. Внизу располагается так называемый картер – это некий поддон, в котором находится смазочное масло. В первую очередь масло под давлением подается в масляный фильтр, там очищается и по одним каналам попадает к коренным и шатунным подшипникам коленчатого вала. По другим каналам масло подводится в газораспределительный механизм, поскольку распредвал также испытывает трение и соответственно должен смазываться.

После того как масло сделало свое дело, смазало все необходимые детали, оно стекает по каналам обратно в поддон. Таким образом, происходит круговорот, стекающее масло через сетку попадает в масляный насос, затем в фильтр, после в систему смазки, возвращается в картер и опять по кругу.

Стоит отметить, если по каким-то причинам масло не может попасть в фильтр, то при превышении давления определенного значения открывается редукционный клапан и лишнее масло стекает обратно в поддон ДВС, что предотвращает поломку масляного насоса. Также на некоторых мощных моторах в системе предусматриваются еще и радиаторы для того, чтобы это моторное масло охлаждать.

Система охлаждения

Как известно во время работы ДВС выделяется большое количество тепла. Цилиндр двигателя может нагреться до нескольких сотен градусов. Поэтому для того чтобы отвести лишнее тепло от самых разогреваемых деталей применяется система охлаждения двигателя.

Для этого в автомобильных моторах предусмотрены специальные полости, которые заполнены охлаждающей жидкостью. И вот эта жидкость, двигаясь по системе охлаждения, принудительно омывает стенки цилиндров и другие наиболее горячие элементы, отбирая у них тепло.

Практически во всех современных ДВС установлена система охлаждения жидкостного типа, которая состоит из следующих элементов:

• Радиатор с вентилятором системы охлаждения;
• Термостата;
• Водяной помпы;
• Расширительного бачка;
• Радиатора и вентиляторов системы отопления салона;
• Датчика температуры охлаждающей жидкости.

Принцип работы системы охлаждения на всех двигателях примерно одинаков. В целом работает система в двух режимах:

1. До температуры срабатывания термостата. Когда охлаждающая жидкость в системе течет по малому кругу, протекает лишь в самом двигателе.
2. Выше температурного порога срабатывания термостата. Когда температура охлаждающей жидкости превышает заданный температурный порог, при котором срабатывает термостат. При этом внутренние каналы системы охлаждения переключаются, и жидкость начинает течь по большому кругу, в частности через радиатор охлаждения.

Температура срабатывания термостата, как правило, составляет около 90 градусов. На разных моделях автомобилей это значение может немного отличаться. Таким образом, данная система не позволяет двигателю перегреться, отводя тепло от самых горячих элементов и поддерживая оптимальную температуру работы мотора.

Как работает двигатель внутреннего сгорания? Такты работы ДВС

Тактом называют процесс, который происходит в цилиндре за одно движение поршня в нижнюю или верхнюю мертвую точку, а сумму этих тактов, как правило, называют рабочим циклом ДВС. Как уже было сказано выше, бывают двухтактные и четырехтактные двигатели.

Четырехтактный мотор

Если ДВС осуществляет четыре этапа рабочего цикла, то двигатель называют четырехтактным. Давайте разберем каждый такт данного типа двигателя более детально.

1. Первый такт называется «впуск». Он сопровождается образованием горючей смеси из поступающего топлива и воздуха. Далее происходит подача горючей смеси в камеру сгорания через впускной клапан за счет снижения давления в цилиндре, когда поршень движется вниз.
2. Второй такт определяется как «сжатие». В этот момент впускной клапан закрывается, и поршень поднимается в верхнюю мертвую точку, сжимая топливо. Таким образом, первые два такта производят один поворот коленвала.
3. Третий такт имеет название «рабочий ход». Топливо поджигается искрой от системы зажигания, либо оно впрыскивается и самовоспламеняется от сжатия в случае дизельного ДВС. После чего в камере сгорания происходит воспламенение горючей смеси с образованием большого количества продуктов распада. Благодаря этому явлению давление в цилиндре резко увеличивается, опуская при этом поршень в низ. Такое движение поршня запускает второй оборот коленвала.
4. Последний такт называется «выпуск». Данный процесс сопровождается открытием выпускного клапана, после чего поршень снова поднимается вверх и выхлопные газы просто выводятся из камеры цилиндра через открытый клапан.

Рабочий цикл четырехтактного ДВС, благодаря движению поршней в моторе, позволяет произвести два оборота коленчатого вала, которые в конечном итоге и преобразуются во вращение колес.

Двухтактный ДВС

В двухтактных же моторах, полный рабочий цикл протекает всего за два этапа работы поршня, называемых:

1. Сжатие;
2. Рабочий ход.

Такт «сжатия» начинается с движения поршня из нижнего положения в верхнее. В этот момент происходит единый процесс газообмена, называемый продувкой, при котором закрывается сначала продувочное, а потом и выпускное отверстие. Далее происходит процесс сжатия топливной смеси поршнем. Одновременно с этим в картере под поршнем создается разряжение, благодаря этому через открытый впускной клапан в кривошипную камеру подается топливная смесь.

Такт «рабочий ход» берет свое начало уже с верхнего положения поршня, когда сжатая горючая смесь воспламеняется от искры. После этого происходит расширение сгорающего топлива, и поршень начинает двигаться в низ. Этим действием поршень также создает давление в картере под кривошипной парой и тем самым закрывает впускной клапан, не позволяя газам попасть обратно во впускной коллектор.

После того как поршень достигнет выпускного отверстия, давление газов в цилиндре начнет снижаться, выхлопные газы устремляются на выпуск. Опускаясь все ниже, поршень открывает продувочное отверстие, и топливная смесь под давление перемещается в цилиндр, вытесняя остатки выхлопных газов. Далее цикл повторяется снова.

Это все что мы хотели сказать по данному вопросу, теперь вы знаете, как работает ДВС, что это такое в машине и из чего он состоит. Надеемся, что данный материал оказался для вас полезным. Будем рады увидеть ваше мнение в комментариях.

Двигатель внутреннего сгорания: устройство и принцип работы

Вот уже около ста лет повсюду в мире основным силовым агрегатом на автомобилях и мотоциклах, тракторах и комбайнах, прочей технике является двигатель внутреннего сгорания. Придя в начале двадцатого века на смену двигателям внешнего сгорания (паровым), он и в веке двадцать первом остаётся наиболее экономически эффективным видом мотора. В данной статье мы подробно рассмотрим устройство, принцип работы различных видов ДВС и его основных вспомогательных систем.

Определение и общие особенности работы ДВС

Главная особенность любого двигателя внутреннего сгорания состоит в том, что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях. В процессе работы химическая и тепловая энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую работу. Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, которое образуется в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя.

Классификация двигателей внутреннего сгорания

В процессе эволюции ДВС выделились следующие, доказавшие свою эффективность, типы данных моторов:

• Поршневые двигатели внутреннего сгорания. В них рабочая камера находится внутри цилиндров, а тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством кривошипно-шатунного механизма, передающего энергию движения на коленчатый вал. Поршневые моторы делятся, в свою очередь, на
• карбюраторные, в которых воздушно-топливная смесь формируется в карбюраторе, впрыскивается в цилиндр и воспламеняется там искрой от свечи зажигания;

Технику с прочими видами ДВС можно вносить в Красную книгу. В наше время автомобили с роторно-поршневыми двигателями делает только «Mazda». Опытную серию автомашин с газотурбинным двигателем выпускал «Chrysler», но было это в 60-х годах, и более к этому вопросу никто из автопроизводителей не возвращался. В СССР газотурбинными двигателями оснащались танки «Т-80» и десантные корабли «Зубр», но в дальнейшем решено было отказаться от данного типа моторов. В связи с этим, подробно остановимся на «завоевавших мировое господство» поршневых двигателях внутреннего сгорания.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Корпус двигателя объединяет в единый организм:

• блок цилиндров, внутри камер сгорания которых воспламеняется топливно-воздушная смесь, а газы от этого сгорания приводят в движение поршни;
• кривошипно-шатунный механизм, который передаёт энергию движения на коленчатый вал;
• газораспределительный механизм, который призван обеспечивать своевременное открытие/закрытие клапанов для впуска/выпуска горючей смеси и отработанных газов;
• система подачи («впрыска») и воспламенения («зажигания») топливно-воздушной смеси;
• система удаления продуктов горения (выхлопных газов).

Четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания в разрезе

При пуске двигателя в его цилиндры через впускные клапаны впрыскивается воздушно-топливная смесь и воспламеняется там от искры свечи зажигания. При сгорании и тепловом расширении газов от избыточного давления поршень приходит в движение, передавая механическую работу на вращение коленвала.

Работа поршневого двигателя внутреннего сгорания осуществляется циклически. Данные циклы повторяются с частотой несколько сотен раз в минуту. Это обеспечивает непрерывное поступательное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала.

Принципы работы ДВС

— Принцип работы двухтактного двигателя

Когда происходит запуск двигателя, поршень, увлекаемый поворотом коленчатого вала, приходит в движение. Как только он достигает своей нижней мёртвой точки (НМТ) и переходит к движению вверх, в камеру сгорания цилиндра подаётся топливно-воздушную смесь.

В своём движении вверх поршень сжимает её. В момент достижения поршнем его верхней мёртвой точки (ВМТ) искра от свечи электронного зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь. Моментально расширяясь, пары горящего топлива стремительно толкают поршень обратно к нижней мёртвой точке.

В это время открывается выпускной клапан, через который раскалённые выхлопные газы удаляются из камеры сгорания. Снова пройдя НМТ, поршень возобновляет своё движение к ВМТ. За это время коленчатый вал совершает один оборот.

При новом движении поршня опять открывается канал впуска топливно-воздушной смеси, которая замещает весь объём вышедших отработанных газов, и весь процесс повторяется заново. Ввиду того, что работа поршня в подобных моторах ограничивается двумя тактами, он совершает гораздо меньшее, чем в четырёхтактном двигателе, количество движений за определённую единицу времени. Минимизируются потери на трение. Однако выделяется большая тепловая энергия, и двухтактные двигатели быстрей и сильнее греются.

В двухтактных двигателях поршень заменяет собой клапанный механизм газораспределения, в ходе своего движения в определённые моменты открывая и закрывая рабочие отверстия впуска и выпуска в цилиндре. Худший, по сравнению с четырёхтактным двигателем, газообмен является главным недостатком двухтактной системы ДВС. В момент удаления выхлопных газов теряется определённый процент не только рабочего вещества, но и мощности.

— Принцип работы четырёхтактного двигателя

Данных недостатков лишены четырёхтактные ДВС, которые, в различных вариантах, и устанавливаются на практически все современные автомобили, трактора и прочую технику. В них впуск/ выпуск горючей смеси/выхлопных газов осуществляются в виде отдельных рабочих процессов, а не совмещены со сжатием и расширением, как в двухтактных. При помощи газораспределительного механизма обеспечивается механическая синхронность работы впускных и выпускных клапанов с оборотами коленвала. В четырёхтактном двигателе впрыск топливно-воздушной смеси происходит только после полного удаления отработанных газов и закрытия выпускных клапанов.

Процесс работы двигателя внутреннего сгорания

Каждый такт работы составляет один ход поршня в пределах от верхней до нижней мёртвых точек. При этом двигатель проходит через следующие фазы работы:

• Такт первый, впуск. Поршень совершает движение от верхней к нижней мёртвой точке. В это время внутри цилиндра возникает разряжение, открывается впускной клапан и поступает топливно-воздушная смесь. В завершение впуска давление в полости цилиндра составляет в пределах от 0,07 до 0,095 Мпа; температура — от 80 до 120 градусов Цельсия.
• Такт второй, сжатие. При движении поршня от нижней к верхней мёртвой точке и закрытых впускном и выпускном клапане происходит сжатие горючей смеси в полости цилиндра. Этот процесс сопровождается повышением давления до 1,2—1,7 Мпа, а температуры — до 300-400 градусов Цельсия.
• Такт третий, расширение. Топливно-воздушная смесь воспламеняется. Это сопровождается выделением значительного количества тепловой энергии. Температура в полости цилиндра резко возрастает до 2,5 тысяч градусов по Цельсию. Под давлением поршень быстро движется к своей нижней мёртвой точке. Показатель давления при этом составляет от 4 до 6 Мпа.
• Такт четвёртый, выпуск. Во время обратного движения поршня к верхней мёртвой точке открывается выпускной клапан, через который выхлопные газы выталкиваются из цилиндра в выпускной трубопровод, а затем и в окружающую среду. Показатели давление в завершающей стадии цикла составляют 0,1-0,12 Мпа; температуры — 600-900 градусов по Цельсию.

Вспомогательные системы двигателя внутреннего сгорания

— Система зажигания

Система зажигания является частью электрооборудования машины и предназначена для обеспечения искры, воспламеняющей топливно-воздушную смесь в рабочей камере цилиндра. Составными частями системы зажигания являются:

• Источник питания. Во время запуска двигателя таковым является аккумуляторная батарея, а во время его работы — генератор.
• Включатель, или замок зажигания. Это ранее механическое, а в последние годы всё чаще электрическое контактное устройство для подачи электронапряжения.
• Накопитель энергии. Катушка, или автотрансформатор — узел, предназначенный для накопления и преобразования энергии, достаточной для возникновения нужного разряда между электродами свечи зажигания.
• Распределитель зажигания (трамблёр). Устройство, предназначенное для распределения импульса высокого напряжения по проводам, ведущим к свечам каждого из цилиндров.

Система зажигания ДВС

— Впускная система

Система впуска ДВС предназначена для бесперебойной подачи в мотор атмосферного воздуха, для его смешивания с топливом и приготовления горючей смеси. Следует отметить, что в карбюраторных двигателях прошлого впускная система состоит из воздуховода и воздушного фильтра. И всё. В состав впускной системы современных автомобилей, тракторов и прочей техники входят:

• Воздухозаборник. Представляет собою патрубок удобной для каждого конкретного двигателя формы. Через него атмосферный воздух всасывается внутрь двигателя, посредством разницы в показателях давления в атмосфере и в двигателе, где при движении поршней возникает разрежение.
• Воздушный фильтр. Это расходный материал, предназначенный для очистки поступающего в мотор воздуха от пыли и твёрдых частиц, их задержки на фильтре.
• Дроссельная заслонка. Воздушный клапан, предназначенный для регулирования подачи нужного количества воздуха. Механически она активируется нажатием на педаль газа, а в современной технике — при помощи электроники.
• Впускной коллектор. Распределяет поток воздуха по цилиндрам мотора. Для придания воздушному потоку нужного распределения используются специальные впускные заслонки и вакуумный усилитель.

• Топливный бак — ёмкость для хранения бензина или дизтоплива, с устройством для забора горючего (насосом).
• Топливопроводы — комплекс трубок и шлангов, по которым к двигателю поступает его «пища».
• Устройство смесеобразования, то есть карбюратор или инжектор — специальный механизм для приготовления топливно-воздушной смеси и её впрыска в ДВС.
• Электронный блок управления (ЭБУ) смесеобразованием и впрыском — в инжекторных двигателях это устройство «отвечает» за синхронную и эффективную работу по образованию и подаче горючей смеси в мотор.
• Топливный насос — электрическое устройство для нагнетания бензина или солярки в топливопровод.
• Топливный фильтр — расходный материал для дополнительной очистки топлива в процессе его транспортировки от бака к мотору.

Схема топливной системы ДВС

— Система смазки

Предназначение системы смазки ДВС — уменьшение силы трения и её разрушительного воздействия на детали; отведение части излишнего тепла; удаление продуктов нагара и износа; защита металла от коррозии. Система смазки ДВС включает в себя:

• Поддон картера — резервуар для хранения моторного масла. Уровень масла в поддоне контролируется не только специальным щупом, но и датчиком.
• Масляный насос — качает масло из поддона и подаёт его к нужным деталям двигателя через специальные просверленные каналы-«магистрали». Под действием силы тяжести масло стекает со смазанных деталей вниз, обратно в поддон картера, накапливается там, и цикл смазки повторяется снова.
• Масляный фильтр задерживает и удаляет из моторного масла твёрдые частицы, образующиеся из нагара и продуктов износа деталей. Фильтрующий элемент всегда меняется на новый вместе с каждой заменой моторного масла.
• Масляный радиатор предназначен для охлаждения моторного масла, с помощью жидкости из системы охлаждения двигателя.

— Выхлопная система

Выхлопная система ДВС служит для удаления отработанных газов и уменьшения шумности работы мотора. В современной технике выхлопная система состоит из следующих деталей (по порядку выхода отработанных газов из мотора):

• Выпускной коллектор. Это система труб из жаропрочного чугуна, которая принимает раскалённые отработанные газы, гасит их первичный колебательный процесс и отправляет далее, в приёмную трубу.
• Приёмная труба — изогнутый газоотвод из огнестойкого металла, в народе именуемый «штанами».
• Резонатор, или, говоря народным языком, «банка» глушителя — ёмкость, в которой происходит разделение выхлопных газов и снижение их скорости.
• Катализатор — устройство, предназначенное для очистки выхлопных газов и их нейтрадизации.
• Глушитель — ёмкость с комплексом специальных перегородок, предназначенных для многократного изменения направления движения потока газов и, соответственно, их шумности.

Выхлопная система ДВС

— Система охлаждения

Если на мопедах, мотороллерах и недорогих мотоциклах до сих пор применяется воздушная система охлаждения двигателя — встречным потоком воздуха, то для более мощной техники её, разумеется, недостаточно. Здесь работает жидкостная система охлаждения, предназначенная для забирания излишнего тепла у мотора и снижения тепловых нагрузок на его детали.

• Радиатор системы охлаждения служит для отдачи избыточного тепла в окружающую среду. Он состоит из большого количества изогнутых аллюминиевых трубок, с рёбрами для дополнительной теплоотдачи.
• Вентилятор предназначен для усиления охлаждающего эффекта на радиатор от встречного потока воздуха.
• Водяной насос (помпа) — «гоняет» охлаждающую жидкость по «малому» и «большому» кругам, обеспечивая её циркуляцию через двигатель и радиатор.
• Термостат — специальный клапан, обеспечивающий оптимальную температуру охлаждающей жидкости путём запуска её по «малому кругу», минуя радиатор (при холодном двигателе) и по «большому кругу», через радиатор — при прогретом двигателе.

Слаженная работа данных вспомогательных систем обеспечивает максимальную отдачу от двигателя внутреннего сгорания и его надёжность.

В заключение необходимо отметить, что в обозримом будущем не предвидится появления достойных конкурентов двигателю внутреннего сгорания. Есть все основания утверждать, что в своём современном, усовершенствованном виде, он ещё несколько десятилетий останется господствующим видом мотора во всех отраслях мировой экономики.

Источник Источник http://dvigatels.ru/uhod/dvigatel-vnutrennego-sgoraniya.html
http://auto-pos.ru/181-dvs-chto-eto-takoe-v-mashine.html
Источник http://tractorreview.ru/dvigateli/ustroystvo/dvigatel-vnutrennego-sgoraniya-ustroystvo-i-printsip-rabotyi.html